Una medusa ilumina el origen del 'mando a distancia' de la vida compleja

Pero algo cambió. En un momento de la evolución, apareció la capacidad de controlar genes desde más lejos, a través de muchas decenas de miles de letras de ADN, como si el genoma dispusiera de una especie de mando a distancia. Es lo que se denomina como regulación distal, que se basa en el plegamiento físico del ADN y las proteínas en bucles sofisticados. Esta capacidad ayudó a los animales multicelulares a construir tipos de células y tejidos especializados sin tener que inventar nuevos genes. Por ejemplo, es lo que ocurre con los famosos genes Hox del desarrollo que marcan dónde va la cabeza, el abdomen o el torax de un ser vivo; los que forman los tejidos, los que distinguen los dígitos de una mano o los de las hemoglobinas que se expresan en la sangre.

Ahora, un equipo del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG) en Barcelona ha descubierto cuándo apareció esa capacidad para controlar genes a larga distancia. Según su estudio, publicado en la revista 'Nature', sucedió hace entre 650 y 700 millones de años, probablemente en el inicio de la evolución de los animales, unos 150 millones de años antes de lo que se creía. El descubrimiento fue posible tras la exploración de los genomas de muchas de las ramas más antiguas del árbol genealógico de los animales, incluidas las medusas peine como la 'nuez del mar' (Mnemiopsis leidyi), los placozoos, los cnidarios y las esponjas.

«Los mecanismos por los que se regula el genoma en distintos tejidos o tipos celulares son muy antiguos, tanto como la transición que dio lugar a los animales», dice Arnau Sebe Pedros, coautor principal del estudio y líder del grupo en el CRG.

«Analizamos distintas especies -dice el investigador- y la medusa peine es nuestro pariente más lejano en el que vemos estos mecanismos. Eso significa que nuestro ancestro común, que vivió hace unos 600-700 millones de años, probablemente ya tenía estos mecanismos. Se trata de un principio fundamental de ser un organismo multicelular».

La regulación distal se produce a partir de entre 30.000 y 50.000 pares de bases (17 micrómetros). «Es como dos personas que tratan de encontrarse en una gran ciudad en vez de en un pueblo pequeño. Si no tienes un mecanismo que los geolocaliza es muy difícil que se produzca esa interacción».

El equipo utilizó una técnica llamada Micro-C para mapear cómo el ADN se pliega físicamente dentro de las células de cada una de las 11 especies diferentes que estudiaron. A escala, cada núcleo de célula humana contiene unos dos metros de ADN. Examinaron 10.000 millones de datos de secuenciación para construir el mapa del genoma en 3D de cada especie en detalle.

Si bien no hubo evidencia de regulación distal en los parientes unicelulares de los animales, los animales no bilaterales, como las medusas peine, los placozoos y los cnidarios, tenían muchos bucles. Mnemiopsis leidyi tenía más de 4.000 bucles en todo el genoma. El hallazgo es sorprendente dado que su genoma tiene alrededor de 200 millones de letras de ADN. En comparación, el genoma humano tiene 3.100 millones de letras y nuestras células pueden tener decenas de miles de bucles.

Hasta ahora, se pensaba que la regulación distal había aparecido por primera vez en el último ancestro común de los animales bilaterales, un grupo de muchos tipos diferentes de animales que apareció por primera vez en la Tierra hace unos 500 millones de años. Sin embargo, las medusas peine descienden de formas de vida que divergieron temprano de otros linajes de animales hace unos 650 o 700 millones de años.

Que las medusas peine sean más antiguas que las esponjas en el árbol de la vida sigue siendo un debate en círculos de biología evolutiva, pero el estudio demuestra que la regulación distal surgió al menos ciento cincuenta millones de años antes de lo que se creía.

Al igual que las esponjas y las medusas peine, los humanos también están hechos de los mismos componentes básicos del ADN. «Nuestros genes y los de una esponja son básicamente los mismos -explica Sebé-Pedrós-, lo que cambia es cómo esos genes se regulan, cómo se activan en algunos sitios y en otros no. Eso es lo que nos hace muy distintos de una esponja. Hay trocitos del ADN que tienen información sobre un gen determinado, y tienen que plegarse y entrar en contacto con ese gen. Es como si en un libro de instrucciones hay páginas sueltas que tienes que plegar y poner juntas para que alguien pueda leer esa información sobre cuándo y cómo se activa».

En efecto, hoy en día, nuestros cuerpos dependen de la antigua innovación de la regulación distal para ayudar a crear diferentes tipos de células a partir del mismo ADN, produciendo de todo, desde células cerebrales hasta células inmunitarias. Cuando estos contactos no funcionan, pueden surgir enfermedades.

Al rastrear la regulación distal hasta animales que vivieron hace muchos cientos de millones de años, se puede comenzar a reconstruir cómo tomaron forma las primeras versiones de la regulación genómica, proporcionando nuevas pistas sobre los principios fundamentales que gobiernan nuestras células y cuerpos en la actualidad. Esto puede ayudarnos a comprender en qué puntos el sistema es sólido y dónde es propenso a fallar, lo que podría guiar nuevos conocimientos o terapias médicas.